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初高中化学衔接——实验的设计及评价
︱考点整合︱
考点一 实验方案的设计
实验设计是指为到达一定的实验目的，利用现有的实验条件，为实验制定出合理的流程或方案。实验设计，作为一类题型，常常是在限定实验仪器与药品的条件下，要求完成一个或几个实验片段，或在已完成了局部实验的根底上，补足未尽步骤。
解答实验设计题时，必须遵循“四性〞：科学性、可行性、规律性、创新性。即原理正确、操作简便、现象明显、药品经济、结论可信、有创新意识。
在解题时，首先要对题目中给出的信息进展处理，弄清是对实验的那一方面进展探究，然后深入分析实验，依据题目中提出的实验假设或自行提出的实验假设，合理运用化学知识，巧妙设计实验方案，通过实验现象的客观事实对实验进展探究性验证。
1．化学实验设计的要求
〔1〕原理正确；〔2〕方法简单；〔3〕操作方便；〔4〕现象明显；〔5〕产率高；〔6〕误差小；〔7〕平安防污。
2．化学实验设计程序
〔1〕根据实验的目的，说明实验原理，选择适宜的仪器与药品；
〔2〕根据实验的特点，设计实验装置，画出实验装置图；
〔3〕根据实验的要求，设计可行的操作步骤与观察重点，分析实验中应注意的事项；
〔4〕实验完毕后应写出完整的实验报告。
考点二 实验方案的评价
对给出的实验方案作出选择、评价或找出最正确方案，包含的知识点很多，能考察学生的分析问题与解决问题的能力。
〔1〕选择：包括仪器的选择、药品的选择、连接方式的选择等。仪器的选择包括发生装置〔几种根本类型〕、净化装置〔除杂质的试剂与顺序〕、反响装置、收集装置、尾气处理装置等；药品的选择，包括种类、浓度等；连接方式的选择，包括仪器的先后顺序、导管接口的连接等。
〔2〕评价：要围绕题目提供的多种方案，从原理是否科学合理、操作是否简单可行、所用试剂是否经济、实验现象是否明显、是否表达“绿色化学〞等方面进展评价。
〔3〕最正确方案的选择：所谓最正确，无非是装置最简单、药品容易取得并价格低廉、现象明显、无干扰物质以及无污染等。
︱应用例如︱
类型之一 实验方案的设计
例1．在化学兴趣小组活动中，小山把一标有“生石灰 枯燥剂〞的小纸袋带到学校进展实验。枯燥剂是否变质？小山设计并进展了如下实验，请你帮他完成实验报告。
实验步骤
实验现象
结论
枯燥剂中含有
取少量用样品制得
的溶液于试管中，
滴入几滴酚酞试液
枯燥剂中含有()2
枯燥剂局部变质
〔1〕
〔2〕既然枯燥剂中已有()2，小山又猜测还可能有另一种物质生成，原因是〔用化学方程式表示〕。请你设计实验证明小山的猜测〔简要写出实验步骤、现象及结论〕。
〔3〕小西认为步骤不严密，理由是。
〔4〕愉快的小组活动完毕了，除以上猜测及实验，你还想对该枯燥剂的万分进展哪些方面的探究〔写出一条即可〕。
[解析] 此题考察做出猜测、设计方案等科学探究能力。〔1〕步骤①中给出结论：枯燥剂中含有,根据及水反响会放出大量的热，那么的实验步骤为：取样于小试管中，加水，用手触摸试管外壁，实验现象为：有热感，即可得出结论；步骤②中给出实验步骤及结论，根据及水反响生成()2，()2溶液能使酚酞试液变红，故实验现象为：溶液变红色。〔2〕猜测要有科学依据，既然枯燥剂中已有()2，()2能吸收空气中的2生成碳酸钙，化学方程式为：2 ()2 3↓+ H2O；设计方案需根据猜测进展，实验方案包括实验步骤、现象及结论。要验证枯燥剂中有碳酸钙，根据碳酸钙能跟盐酸反响放出二氧化碳这一性质设计实验：取样于小试管中，滴加稀盐酸，有气泡产生，证明枯燥剂中含有碳酸钙。〔3〕步骤②不严密的理由是：溶液变红色说明有()2，而()2也可能是未变质的与水反响刚生成的。〔4〕还想对该枯燥剂的成分进展的探究是：枯燥剂中是否含有氢氧化钙。
[答案] 〔1〕如下表所示。
实验步骤
实验现象
结论
取样于小试管中，加水，
用手触摸试管外壁
有热感
溶液变红色
〔2〕2()232O
取样于小试管中，滴加稀盐酸，有气泡产生，证明枯燥剂中含的碳酸钙
〔3〕()2 也可能是未变质的与水反响刚生成的
〔4〕枯燥剂中是否含有氢氧化钙
变式题：有三瓶无色透明的液体，分别是碳酸钠溶液、氢氧化钠溶液与水。请设计一个实验方案把这三瓶液体区分开来，并将实验操作、预期现象与结论填写在下表中。
提示：碳酸钠俗称“纯碱〞，其水溶液显碱性。
实验操作
预期现象与结论
1．
2．
类型之二 实验方案的评价
例2．以下图( I )是局部常用化学仪器或装置，图(Ⅱ)是局部“微型〞化学仪器或装置(用“微型〞仪器做实验，其试剂用量与废物排放量是通常用量的l／10或更少，符合绿色化学的理念)。比照图(I)图(Ⅱ)答复以下问题：
(1) 图( I )中A、B的名称分别是 、 ；假设用D装置除去O2 中的水蒸气，那么D中应装入的液体是 ，气体应从 口通入(填字母)。
(2)用图(Ⅱ)中的“微型〞仪器做实验，固体只需极少量、液体用量也很少(或只需1～2小滴)，相对用图(I)仪器做实验的优点是 (填序号)：
①节约药品用量 ②能完全消除实验污染
③方便个人或家庭实验 ④假设需加热也能节约燃料
(3)图( I )中的C装置的作用相当于图()中的装置 (填字母)，它们在实验操作上的共同优点是通过控制 来控制反响速度。
(4)图( I )中的C装置与图()中的“多用途U型管〞(是在U型管中套人一个底部有小孔的具支试管)都可用做“固一液〞反响制取气体。假设在反响进展中分别将两装置的橡胶管中部夹上铁夹，可能出现的现象是：C装置 ；
“多用途U型管〞 。
[解析] 此题考察对化学实验装置的分析评价。图( I )中A、B的名称分别是胶头滴管与试管；实验中常用的液体枯燥剂是浓硫酸，气体应从盛浓硫酸洗气瓶的长导管通入；用图(Ⅱ)中的“微型〞仪器做实验，由于固体与液体药品的用量均较少，因而具有能够节约药品、方便个人或家庭实验、即便反响需加热也能节约燃料等优点；图( I )中的C装置通过控制分液漏斗的活塞来控制液体下滴的速度或液体的参加量来控制反响速度，图()中的d装置也应用相似的原理；图()中的“多用途U型管〞与一个底部有小孔的具支试管可以组合成一个可随时控制反响发生与停顿的简易“启普发生器〞，当在其橡胶管中部夹上铁夹后，反响产生的气体不能导出，使装置内的气压增大，从而将液体药品压至U型管的另一侧，由于固体药品及液体药品脱离接触，反响自行停顿。但C装置不具有这样的特点，假设在C装置的橡胶管中部夹上铁夹后，反响产生的气体不能导出，使装置内的气压增大，会将橡胶塞冲出。
[答案] (1) 胶头滴管(或滴管) 试管 浓硫酸 a (2 )①③④ (3) d 液体(溶液)加人量 (4)橡胶塞冲出(或锥形瓶爆炸) 液体与固体别离，反响停顿 [合理答案均可]
变式题：以下实验方案不可行的是 〔 〕
︱课时作业︱
根底在线
1．某同学对以下4个实验都设计了两种方案，其中方案1合理、方案2不合理的是〔 〕
选项
A
B
C
D
实验目的
除去氢氧化钠中少量的碳酸钠
清洗铁制品外表的铁锈
鉴别氯化钠溶液与稀盐酸
检验一氧化碳中是否混有少量二氧化碳
方案1
加水溶解
加适量稀盐酸
加锌粒
点燃
方案2
加稀硫酸
用水洗涤
加石蕊溶液
通入澄清石灰水
2．以下实验合理的是〔 〕
工程
A、比拟催化效果
B、铁丝在纯氧中燃烧
C、检验铵态氮肥
D、检查装置气密性
实验
2
32O2溶液
62O2溶液
化肥
溶液
蓝色石蕊试纸
3．以下实验设计及对应的实验目的表述不一致的是〔 〕
4．在实验室里制取氧气，既可采用分解过氧化氢的方法，也可采用分解氯酸钾的方法。上述两种方法的主要共同点有〔 〕
①采用2均可改变其反响速率 ②反响都不需加热
③都利用含氧化合物分解来到达目的 ④两种方法所需仪器一样
A．①③ B．③④ C．①② D．②④
5．某学生设计的以下四个实验方案中，理论上正确，操作上可行，经济上合理的是〔 〕
2()2
22
3()2溶液溶液
2()2
6．以下实验方案错误的选项是〔 〕
A．从海水中获得少量饮用水，可采用蒸馏的方法
B．从氯化钠溶液中获得氯化钠晶体，可采用直接过滤的方法
C．除去氯化钠溶液中的少量碳酸钠，可参加适量稀盐酸
D．检验某井水是否为硬水，可使用肥皂水
7．以下表达不符合实验事实的是〔 〕
A．将2气体通入2溶液中，没有白色沉淀产生
B．向滴有酚酞试液的蒸馏水中参加()3，溶液显红色
C．在23、K24、3溶液中分别滴加2溶液，都有白色沉淀生成
D．久置于空气中的熟石灰，参加稀盐酸会有气体放出
8．以下家庭小实验不能成功的是〔 〕
A．闻气味鉴别酒与醋 B．用含氧化钙的枯燥剂制取石灰水
C．用食醋鉴别蔗糖与食盐 D．用灼烧的方法鉴别蚕丝与化学纤维
9．以下图是某兴趣小组设计的四个实验装置，其中实验操作设计正确的选项是〔 〕
A．稀释浓硫酸 B．探究可燃物燃烧的条件 C．称量氯化钠 D．验证质量守恒定律
10．文文的家庭化学实验室有如下物品：①试管 ②烧杯 ③煤气与煤气炉 ④托盘天平⑤筷子 ⑥铁钉 ⑦食盐 ⑧食醋 ⑨石灰水 ⑩牵牛花汁 ⑾水 ⑿饮料吸管 ⒀胶头滴管⒁小勺。只利用这些物品不能完成的实验是〔 〕
A．探究人体吸入的空气与呼出的气体中2含量的不同
B．探究牵牛花汁是否可作指示剂
C．探究加速食盐溶于水的有效方法
D．探究铁钉锈蚀的条件
23
C.用 溶液除去22中混有的C02
△
2
12．利用以下原理制取氧气，具有反响快、操作简便、能耗少、无污染的是〔 〕
△
△
2
A．2 3 2 + 3 O2↑ B．2 4 K24 + 2 + O2↑
C．2 H2O2 2 H2O + O2↑ D．2 2 + O2↑
能力激活
13．为了除去一氧化碳中混有的少量氧气，某同学设计了以下图所示的这套装置〔装置气密性良好〕。
(1)他想用这套装置除去氧气的化学方程式是： ；
(2)教师认为他的实验设计不科学，请你指出存在的错误
〔任写一点〕： 。
14．某工厂产生的铜屑中含有少最铁屑．现要回收利用其中的铜，需除去其中的铁屑，
张山同学设计了甲、乙两个实验方案：
〔1〕以上两个实验方案中，从回收利用率角度考虑，你愿意选择 。
〔2〕两个方案中都有过滤操作，该操作中必须用到的玻璃仪器有
〔3〕写出两个实验方案中有关反响的化学方程式：
方案甲
方案乙
〔4〕你能否再设计一个不同原理的方案？写出你的方案
15.我们在学习碳酸钠与碳酸氢钠的时候，做过如以下图装置的实验。
向盛有0.5g碳酸钠的试管里参加2盐酸，迅速用带导管的胶塞塞紧试管口，并将导
管另一端通入盛有澄清石灰水的试管中，观察现象。
用碳酸氢钠代替碳酸钠进展上述实验，观察现象。
〔1〕通过比拟试管甲中的两次反响，填写下表：
碳酸钠+盐酸
碳酸氢钠+盐酸
实验现象
反响迅速，生成大量气体。
反响 ，生成气体更多。
实验结论
写出乙中反响的化学方程式： 。
〔2〕某同学对碳酸钠与碳酸氢钠及盐酸反响的快慢进一步研究。在教师的指导下，设计了
下面的实验探究方案。
实验用品：一样型号的U型管2支、橡皮塞2个、5一次性注射器2支、气球个。
实验装置：如图。
实验操作：在U型管中分别参加一定量碳酸钠与碳酸氢钠固体，在两支注射器中分
别吸入
同溶质质量分数、同体积的足量稀盐酸。将注射器插入橡皮塞中，然后同时迅
速将盐酸分别注入U型管中。
请对上述实验方案分析评价。
①假设取用碳酸钠0.53g，为控制实验中产生气体的量一样，应取用碳酸氢钠 g；
②该同学设计的实验方案是运用了 研究的方法；
③实验过程中需要观察的现象是 。
答案
例1．变式题[答案] 1.分别取三种液体于试管中，滴加酚酞试液；其中溶液不变色的原液体是水，变红色的原液体分别是氢氧化钠溶液与碳酸钠溶液。2.分别取碳酸钠与氢氧化钠溶液及试管中，滴加稀盐酸；有气泡生成的原溶液是碳酸钠溶液，无现象的原溶液是氢氧化钠溶液。
[解析] 该题答案不唯一只要能区分都可以。由于碳酸钠溶液与氢氧化钠溶液都显碱性，用指示剂是无法将二者区分开的。我们可以检验碳酸根离子的存在来确定哪种液体是碳酸钠溶液。
例2．变式题D 硬水中参加肥皂水不产生或很少产生泡沫，只会有浮渣出现，软水中参加肥皂水后会产生大量的泡沫；硝酸铵溶于水时要吸收热量，溶液的温度要降低，而蔗糖溶于水时溶液的温度根本不变；澄清的石灰水显碱性，食盐水显中性，稀盐酸与稀硫酸都显酸性。很明显用紫色的石蕊试液是无法区分稀盐酸与稀硫酸的。应选D。
︱课时作业︱
1．B A中方案1、2都错误，应参加适量的〔〕2过滤；B中方案2中因水不以溶解铁锈而用水不能洗去铁锈；C中方案1、2都合理；D中方案1不合理，因为2不能燃烧也不支持燃烧，综上所述应选择B。
2．D 检查装置气密性的方法就是用手紧握试管，观察水中的导管口有没有气泡冒出，如果有气泡冒出，说明装置不漏气，D为正确选项。A选项中比拟催化效果，应保证H2O2溶液的溶质的质量分数一样，A为错项；B选项中铁丝在纯氧中燃烧实验，为了防止生成的熔融物溅落下来炸裂瓶底，应预先在瓶底装少量水或铺一薄层细沙，B为错项；C选项中检验铵态氮肥，生成的氨气能使湿润的石蕊试纸变蓝，蓝色石蕊试纸本身是蓝色的，看不到颜色变化，应改为红色石蕊试纸，C为错项。
3．D D项中的实验是探究分子的性质，而不是探究空气的成分。
4．A 过氧化氢〔H2O2〕与氯酸钾〔3〕均是含氧化合物，实验室中常利用二氧化锰催化分解这两种物质制取氧气的，二氧化锰在以上两反响中充当催化剂，起到改变反响速率的作用；由于利用氯酸钾制取氧气时需要加热而利用过氧化氢制取氧气时不需加热，因此用两种方法制取氧气时所需仪器不一样。
5．C 从A可见铜不能及稀盐酸起反响；B耗用电能大，反响不易操作；C可以从廉价的石灰石中得到生石灰，生石灰与水反响生成熟石灰，熟石灰及纯碱起反响生成火碱；D反响不易操作。应选择C。
6．B 过滤别离的是混在液体中的不溶物，溶解在水中的氯化钠是无法用过滤的方法别离出。
7．B ()3是一种难溶于水的碱，由于其放入水中后解离不出氢氧根离子，因此不能使无色酚酞试液变红。
8．C 酒有醇香味而醋有酸味；氧化钙及水反响能够生成氢氧化钙，氢氧化钙溶于水中即可得石灰水；蚕丝灼烧后会产生烧焦羽毛的气味。A、B、D项中的实验均能成功；蔗糖与食盐匀不能及食醋发生化学反响，故用食醋无法鉴别蔗糖与食盐。
9．B 稀释浓硫酸时应将浓硫酸沿杯壁慢慢倒入烧杯内的水中，并用玻璃棒不断搅拌；用托盘天平称量氯化钠等固体药品时，应遵循“左物右码〞的称量规那么；锌与稀硫酸反响会产生氢气，因此假设用以上化学反响验证质量守恒定律，应在密闭装置中进展实验。此题只有B项中的实验装置设计正确。
10．D 依据变量控制的思想，在探究铁钉锈蚀的条件时，应设计让铁及枯燥空气、水〔外表需用矿物油密封〕分别接触及及空气与水同时接触的三个实验。利用文文的家庭化学实验室中提供的物品不能完成该实验。
11．B 热水瓶中水垢的主要成分是碳酸钙，不能及食盐水发生化学反响；氢氧化钠溶液能及二氧化碳发生反响而不能及一氧化碳发生反响；浓硫酸及氧气与二氧化碳均不能发生化学反响；A、C、D项中的做法均不正确；盐酸能及碳酸钾发生如下反响：K23+2222↑，因此B项中的做法可行。
12．C 只有C中反响是在常温下进展，产物不污染环境，A、B、D都需要加热，消耗能量，还有副产品，不合题意。应选C.
13．[答案] ⑴2＋O220 ⑵除去氧气又生成了二氧化碳，不能净化一氧化碳〔或者一氧化碳与氧气混合受热可能发生爆炸〕。
[解析] 利用铜及氧气反响产生氧化铜而除去氧气；一氧化碳具有可燃性，混有氧气点燃〔加热〕可能发生爆炸。
14．[答案] ⑴甲 ⑵漏斗、烧杯、玻璃棒
⑶方案甲：44 方案乙：24 42↑
⑷用磁铁吸引铜屑与铁屑混合物中的铁屑
[解析] ⑴甲方案增加了的含量；⑵搅拌与过滤中都用到玻璃棒，过滤中还用到烧杯与漏斗等玻璃仪器；⑷可选用酸，另一方案选用可溶性铜盐。
15．[答案] 〔1〕更迅速 碳酸氢钠与盐酸反响比碳酸钠更快
2()2＝3↓2O 〔2〕① 0.42 ② 比拟 ③ 气球胀大的快慢
[解析] 3及稀盐酸的反响要比23及稀盐酸的反响剧烈的多。另外，由碳酸钠、碳酸氢钠及盐酸反响的化学方程式〔23+2222↑、322↑〕可以看出，碳酸氢钠及等量的盐酸反响产生的气体是碳酸钠的2倍，因而产生的气体也较多；二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，发生反响的化学方程式为：2()2＝3↓2O；依据碳酸钠与碳酸氢钠及盐酸反响的化学方程式中碳酸钠、碳酸氢钠及二氧化碳的质量关系可以计算出0.42g碳酸氢钠及0.53g碳酸钠产生二氧化碳的质量一样；该同学设计的实验方案是运用了比拟研究的方法；通过比拟两个装置中气球胀大的快慢得出两个实验反响快慢的结论。
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